Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Литературный обзор
1.1. Современные представления о регуляции коронарного кровообращения
1.2. Регуляция коронарного кровообращения и морфофункциональные изменения в сердце при гипоксии
1.3. Регуляция коронарного кровообращения и морфофункциональные изменения в сердце при физических нагрузках
ГЛАВА II. Материалы и методики исследования
ГЛАВА III. Результаты исследования
3.1. Газы и кислотно-основное состояние крови у крыс на разных этапах адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии
3.2. Сосудисто-тканевые изменения в различных отделах сердца на разных этапах адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии
3.3. Газы и кислотно-основное состояние крови у крыс на разных этапах адаптации к физическим нагрузкам
3.4. Морфофункциональные изменения в различных отделах сердца при адаптации к физическим нагрузкам
3.5. Газы и кислотно-основное состояние крови у крыс при физических нагрузках после предварительной адаптации к гипоксии
3.6. Сосудисто-тканевые изменения в различных отделах миокарда при физических нагрузках после предварительной адаптации к гипоксии
ГЛАВА IV. Обсуждение результатов 94
Исследования
Выводы 118
Список литературы 120
- Современные представления о регуляции коронарного кровообращения
- Регуляция коронарного кровообращения и морфофункциональные изменения в сердце при физических нагрузках
- Газы и кислотно-основное состояние крови у крыс на разных этапах адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии
- Морфофункциональные изменения в различных отделах сердца при адаптации к физическим нагрузкам
Введение к работе
Актуальность темы. Поиск эффективных путей повышения физической работоспособности является одной из актуальных проблем спортивной физиологии и медицины. Особое место в этой проблеме занимает изучение механизмов адаптации сердца к физическим нагрузкам, поскольку функциональные резервы и сократительная способность миокарда являются звеном, определяющим изменения системной гемодинамики, доставку кислорода к тканям и способствующая повышению аэробных возможностей организма (Меерсон, 1975; Карпман, 1994; Белоцерковский с соавт., 2005). В литературе имеются многочисленные сведения о функциональных и структурных изменениях в сердце спортсменов (Белоцерковский с соавт., 2005; Смоленский, 2007) и экспериментальных животных в процессе адаптации к физическим нагрузкам (Меерсон, 1993; Меерсон, Пшенникова, 1988, 2008; Абзалов, 2005; Ситдиков, 2007).
Однако роль сосудов микрогемоциркуляции в формировании этих процессов, их изменение в различных отделах миокарда на разных этапах тренировки остается наименее изученным вопросом, который обсуждается в немногочисленных исследованиях (Шидаков, Каркобатов, 2001). Между тем расширение резервов микрогемоциркуляторного русла является важной предпосылкой для улучшения кровоснабжения и кислородного обеспечения миокарда, повышающего сократительные возможности сердца (Балыкин, 1994; Каркобатов, 2001).
В спортивной практике широкое применение для повышения функциональных резервов сердечно-сосудистой системы и общей физической работоспособности получили тренировки в условиях средне- и высокогорья (Алипов 1985; Бреслав с соавт., 1990; Балыкин, 1994; Тимушкин, 1998, 2007; Агаджанян, 2001).
При этом установлено, что при мышечной деятельности в горных условиях существенно увеличивается нагрузка на правые отделы сердца (Шидаков с соавт., 2002; Кадыралиев, 2008), что связано с гипертензией сосудов малого круга кровообращения при гипоксии (феномен Эйлера-Лильестранда). Повышение метаболических процессов в сердце при физических нагрузках в горах создает предпосылки для тканевой гипоксии во всех отделах миокарда, сопровождаясь снижением сократимости и появлением признаков структурной дизадаптации (Балыкин, 1994; Шидаков, Каркобатов, 2001).
В последние годы широкое распространение в спортивной физиологии и медицине получили методики прерывистой (интервальной) гипоксической тренировки (Меерсон, Пшенникова, 1988; Волков, 1991-2007; Колчинская 1991-2008, Балыкин с соавт., 1998-2009), которые показали высокую эффективность для расширения функциональных резервов газотранспортных систем и аэробных возможностей организма. Имеются сведения, что в зависимости от силы и длительности гипоксических воздействий в миокарде могут формироваться адаптивные и/или дизадаптивные изменения в форме "положительного" или "отрицательного" структурного следа (Меерсон, Пшенникова, 1988). Во избежание дизадаптивных нарушений в миокарде используются кратковременные сильные гипоксические стимулы (8-12% 02) перемежающиеся с интервалами "отдыха" в условиях нормального барометрического давления (Меерсон, 1975-1986). Изучению морфофункциональных изменений миокарда при таких гипоксических воздействиях посвящены немногочисленные работы, которые свидетельствуют о повышении сократительной способности сердца (Меерсон, 1975), однако роль микрогемоциркуляторного русла в формировании этих процессов остается вне поля деятельности исследователей.
Исходя из этого, была сформулирована цель исследования: изучить реакции сосудов микрогемоциркуляции и тканевые изменения в различных отделах сердца при действии прерывистой гипобарической гипоксии, гипоксии нагрузки и при физических нагрузках после предварительной гипоксической тренировки.
В соответствии с целью были сформулированы задачи исследования:
Оценить изменения газового состава крови и реактивность сосудов микрогемоциркуляции в различных отделах миокарда при действии прерывистой гипобарической гипоксии.
Определить сосудисто-тканевые изменения в различных отделах сердца в процессе адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии.
Исследовать изменения газового состава крови и реакции сосудов микрогемоциркуляции в различных отделах сердца у крыс при физической нагрузке.
Изучить резерв микрогемоциркуляторного русла и сосудисто-тканевые изменения в различных отделах миокарда при адаптации к физической нагрузке.
Исследовать изменения газового состава крови и реакции сосудов микрогемоциркуляции в различных отделах сердца у крыс при физических нагрузках после предварительной адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии.
Оценить сосудисто-тканевые изменения в миокарде при физических тренировках после предварительной адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии.
Научная новизна работы. Получены новые данные о внутриорганной гетерогенности изменений сосудов микрогемоциркуляции в сердце на разных этапах адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии; в ранних этапах (1-7 сутки) реактивность сосудов микрогемоциркуляции повышена во всех отделах сердца, при наиболее выраженных реакциях в ПЖ; по мере увеличения сроков действия ПГТ реактивность микрососудов в ЛЖ снижается (15 сутки), сохраняясь повышенной в миокарде ПЖ и МЖП.
8 Установлено, что месячный курс ПГГ приводит к увеличению "резерва" капиллярного русла во всех отделах миокарда.
Получены новые данные о фазовых внутриорганных особенностях реактивности сосудов микроциркуляции и структурных изменениях в миокарде в процессе месячной адаптации к физическим нагрузкам (тренировкам).
Впервые описаны количественные изменения сосудов микрогемоциркуляции после периодически перемежающегося курса ПГГ и физической тренировки, получены новые данные о внутриорганных особенностях повышения резерва микрогемоциркуляции, наиболее выраженных в миокарде левого желудочка сердца.
Практическая значимость. Результаты исследования используются при чтении лекций и проведении практических занятий по курсам "Физиология", "Физиология спорта", "Физическая реабилитация" на факультете физической культуры и реабилитации Института медицины, экологии и физической культуры Ульяновского государственного университета.
Полученные данные могут быть использованы при планировании гипоксических тренировок у спортсменов для повышения резервных возможностей сердечно-сосудистой системы.
Работа выполнена в рамках НИР Ульяновского государственного университета "Механизмы адаптации и резистентность организма при гипоксии различного генеза", номер Госрегистрации 01.200.211667.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. В первые дни действия прерывистой гипобарической гипоксии (1-7 сутки) реактивность сосудов микрогемоциркуляции повышена во всех отделах миокарда; по мере увеличения сроков адаптации (15-30 сутки) реактивность микрососудов в миокар- де левого желудочка снижается, оставаясь повышенной в межжелудочковой перегородке и в правом желудочке сердца.
Реактивность сосудов микрогемоциркуляции и сосудисто-тканевые изменения в сердце при физических нагрузках имеют внутриорганные особенности и зависят от продолжительности тренировок: в первые дни адаптации (7-15 сутки) имеют место реактивные изменения во всех отделах миокарда; по мере увеличения сроков тренировки реактивность сосудов снижается, резерв микроциркуляторного русла повышается, преимущественно в ЛЖ и ПЖ сердца.
Прерывистая гипобарическая гипоксия обладает преконди-ционирующим эффектом и снижает реактивные изменения в сердце при адаптации к околопредельным физическим нагрузкам.
Апробация работы. Результаты работы доложены на 4 съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 2002), 2-й Всероссийской конференции "Актуальные вопросы здоровья и среды обитания современного человека" (Ульяновск, 2005), Всероссийской конференции с международным участием "Культура здоровья и безопасность жизнедеятельности" (Балашов, 2006), II, III Всероссийской конференции с международным участием "Медико-физиологические проблемы экологии человека"' (Ульяновск, 2007, 2009), V Всероссийской конференции с международным участием "Механизмы функционирования висцеральных систем" (С.-Петербург, 2007), V Российской конференции "Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция" (Москва, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
10 Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, глав материалы и методики исследования, результаты исследования, обсуждение, выводов и указателя списка литературы, включающего 311 источников (в том числе 86 иностранных). Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, иллюстрирована 9 таблицами и 14 рисунками.
Современные представления о регуляции коронарного кровообращения
Вопросам регуляции кровообращения в сердечной мышце посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных исследователей (Ткаченко с соавт, 1984-2001; Шмид с соавт, 1986; Опи, 1990; Павлов, 1994; Сперелакис, 1998; Морман, 2000; Максимов с соавт., 2004; Hudlika, 1982; Ely et all, 1983; Den Hartod et all., 1994; Manor, 1994; Sanchez-Quintana, 1995; Newby, 2000; Pries, 2000; Schmid-Schonbein, 2000; Stepp, 2001; Camici, 2003 и ДР-) Доставка крови в миокард осуществляется венечными (коронарными артериями), которые, разветвляясь и широко анастомозируя во всех слоях и отделах сердца, образуют густую сеть капилляров и практически каждое мышечное волокно снабжено собственным обменным сосудом (Теплов, 1987; Иванов, 1995; Соколов, 1997; Маколкин, 2004; Hudlika, 1987; Luscher, 2000; Escudero, 2001). Венозный отток от миокарда осуществляется через широкий венечный синус, открывающийся в полость правого предсердия (Шмид, 1986; Ткаченко с соавт, 2001; Shepherd, 1980; Shaper, 1991; Robinson, 1996; Pries, 2000). Расположение интрамуральных артерий соответствует ходу мышечных пучков, который различен на разной глубине залегания. Медия интрамуральных сосудов может состоять из двух и даже трех мышечных слоев, лежащих как в продольном, так и в косо-поперечном направлении. Чем мельче калибр интрамуральных артерий, тем чаще их стенка представлена одним слоем геликоидно расположенных гладких мышц (Маколкин, 2004; Mulvany, 1990). В сосудистой системе любого органа главным "регулируемым" звеном является капиллярное русло, а наиболее активной регулирующей частью — мелкие артерии и артериолы (Чернух, 1984). Первостепенная роль в регуляции коронарного кровообращения принадлежит изменению сопротивления коронарного русла (Филатова, 2003), которое в условиях функционального покоя является одним из самых высоких в организме, что свидетельствует о наличии у сосудов сердца выраженного базального тонуса и большого вазодилататорного резерва (Бегун, 2000; Petrov, 1990; Pries, 1992). К числу основных механизмов регуляции тонуса коронарных артерий относятся: местные механизмы саморегуляции, включая метаболические и эндотелиальные факторы, а также нервные механизмы регуляции. Решающее значение в регуляции сосудистого тонуса придается в последние годы так называемым эндотелиальным факторам (Галенко-Ярошевский, 1999; Бувальцев с соавт. 2002; Крушинский, 2007; Berne, 1980; Elton, 1992; Panza, 1993, 1997; Boulanger, 1995; Bombeli, 1997; Moncada et al, 1997; Kibbe et al., 1999; Becker et al., 2000; Simko et al., 2000; Kader et al., 2000; Manukhina et al., 2006). Установлено, что сосудистый эндотелий является местом образования целого ряда соединений, участвующих в регуляции сосудистого тонуса, функции тромбоцитов и свертывания крови. В настоящее время выделяют несколько веществ, которые приводят к вазодилатирующим и вазоконстрикторным эффектам. Снижение сосудистого тонуса осуществляется при действии оксида азота (NO) (Сагач, 2008; Медведева, 2009), простациклина (PGb) и эндотелиального гиперполяризующего фактора (ЭГПФ) (Филатова, 2006; Ельский с соавт., 2008; Panza, 1993, 1997; Kibbe et al., 1999; Simko et al., 2000; Manukhina et al., 2006). Все эти вещества вырабатываются эндотелиальными клетками сосудов, однако действие их разнонаправлено. Оксид азота вырабатывается клетками спонтанно, обеспечивая выраженную релаксацию гладких мышц артерий, артериол и вен. Простациклин является продуктом метаболизма арахидоновой кислоты. ЭГФП также вырабатываемый эндотелиальными клетками, вызывает гиперполяризацию мембран гладкомышечных клеток и снижает их чувствительность к разнообразным констрикторным влияниям. Выделение ЭГПФ вызывает открытие калиевых каналов гладкомышечных клеток, что сопровождается расслаблением сосудов. Характерно, что в отличие от оксида азота, ЭГПФ выделяется эндотелием не постоянно, а только под действием некоторых веществ (ацетилхолин, брадикинин, тромбин, гистамин, АДФ, АТФ и др.).
К важнейшему эндотелийзависимому вазоконстрикторному фактору, повышающего сосудистый тонус, относят эндотелии-1 (ETi) (Elton, 1992). Его образование усиливается при воздействии на эндотелиальные клетки, вазопрессина, а также при возникновении гипоксии, повышении АД, ускорении кровотока и т.п. В физиологических условиях существует оптимальное соотношение выработки эндотелиальных вазодилатирующих и вазоконстрикторных веществ, которое полностью соответствует метаболическим потребностям органа и основным параметрам центральной гемодинамики. При действии на сосудистый эндотелий различных повреждающих факторов (гипоксия, чрезмерная концентрация катехоламинов, высокий уровень АД, увеличение кровотока и др.) начинают преобладать вазоконстрикторные механизмы регуляции сосудистого тонуса (Вилков с соавт., 1991; Куприянов, 2006; Clark, 1983; Den Hartod et al, 1994; Grander, 1998)
В интенсивно работающем органе под действием продуктов метаболизма (ионов ГҐ, аденозина, АТФ, АДФ, АМФ, ССЬ, молочной кислоты и др.) (Куприянов, 2007, 2009; Мс. Kerzie et al, 1982; Kazennov et al, 1986) и биологически активных веществ (брадикинина, гистамина и др.) (Гольберг с соавт., 2003) также происходит снижение тонуса артериол (Берштейн с соавт., 1984) и прекапиллярных сфинктеров и увеличивается, таким образом, число функционирующих капилляров. Известно, что в состоянии относительного мышечного покоя в миокарде функционирует две трети имеющихся капилляров (Шошенко, 1975; Балыкин, 1994; Шидаков с соавт., 2001). При увеличении общего и/или органного метаболизма число функционирующих капилляров возрастает (Балыкин, 1994). Наоборот, при снижении метаболизма эти эффекты уменьшаются, и происходит адекватное ограничение органного кровотока. Одним из продуктов метаболизма оказывающих местное воздействие на сосуды, является аденозин — вещество, играющее важную роль в распаде макроэргических фосфатных соединений. Доказано, что усиление метаболизма сердца закономерно сопровождается ускоренным дефосфорилированием АМФ с образованием аденозина, который, поступая в межклеточное пространство, вызывает значительное расширение артериол и увеличение органного кровотока (Мс. Kerzieetal., 1982).
В последние годы ряд авторов выделяют наличие периэндотелиальных клеток сосудистой стенки (перициты или гладкомышечные клетки сосудов), которые участвуют в регуляции тонуса и вязкоэластичности, обеспечивают гемостаз, контролируют сосудистую проницаемость и создают гистогематический барьер крови (Айнсон, 1984; Чернух с соавт, 1984; Козлов с соавт, 1994; Ефименко с соавт., 2003; Маколкин, 2004; Филатова, 2005; Struicer Boudier, 1999).
Немаловажную роль в регуляции коронарного кровообращения играет ауторегуляция кровотока, которая осуществляется с помощью двух основных механизмов: миогенной регуляции прекапиллярных артериол и метаболической регуляции (Ройтберг с соавт., 2003; Маколкин, 2004).
Регуляция коронарного кровообращения и морфофункциональные изменения в сердце при физических нагрузках
Гипоксия - состояние, наступающее в организме при неадекватном снабжении тканей и органов кислородом или при нарушенной утилизации в них кислорода в процессе биологического окисления (Чарный, 1961).
В.А. Березовский (1975) вкладывает в понятие «гипоксия» несоответствие между метаболическим запросом и его энергетическим обеспечением, которое сопровождается временным выходом каких - либо показателей кислородного гомеостаза из пределов колебаний, очерченных границами физиологической зоны.
Многообразие проявлений гипоксических состояний позволило выделить 8 типов (Колчинская, 1963-1982). В соответствии с этой классификацией выделяют следующие виды гипоксических состояний: гипоксическая, ги-пероксическая, гипербарическая, гипоксия нагрузки, респираторная, гемиче-ская, циркуляторная и цитотоксическая или первичная тканевая гипоксия.
Следует отметить, что одной из распространенных форм гипоксических состояний является гипоксическая гипоксия. В настоящее время интерес к изучению механизмов компенсации и адаптации к гипоксии не снижается, хотя при этом накоплен огромный экспериментальный материал по этой проблеме (Колчинская, 1973-2005; Сиротинин, 1966; Миррахимов, 1968-1984; Меерсон, 1963-1993; Айдаралиев, 1982; Агаджанян с соавт., 1986-1999; Балыкин, 1993-2008; Каплан, 1995; Кривощеков, 2002, 2007; Лукьянова, 2004; Сороко, 2004; Баранов, 2009; Бурых, 2009). Известно, что при гипоксической гипоксии снижается парциальное давление 02 во вдыхаемом воздухе, альвеолах и артериальной крови, в зависимости от дефицита 02 в среде. Артериальная гипоксемия является "маркером" гипоксической гипоксии и "триггером", запускающим компенсаторно-приспособительные реакции всех газотранспортных систем (Колчинская, 1993). Важная роль в этом принадлежит периферическим и центральным (медулярным) хеморецепторам, обеспечивающим "экстренные" реакции внешнего дыхания (Агаджанян, 1987; Бреслав, 1994; Куприянов, 2002; Purkayashta, 2005). Компенсаторное увеличение легочной вентиляции способствует удержанию рСЬ в альвеолах, снижению воздушно-альвеолярного и увеличению альвеолярно-капиллярного градиента рСЬ, однако в силу физических закономерностей парциального давления СЬ в альвеолах и крови снижается вслед за снижением во вдыхаемом воздухе (Агаджанян, 1997). В условиях артериальной гипоксемии все органы и ткани попадают в условия дефицита СЬ, однако их кислородное обеспечение при этом имеет органные особенности (Балыкин, 1994) Эффективной реакцией компенсации артериальной гипоксемии и тканевой гипоксии в этих условиях является изменение сродства гемоглобина к кислороду. Известно, что парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе от 100 до 60 мм рт.ст. насыщение крови кислородом изменяется мало, что связано с кислородсвязывающими свойствами гемоглобина (Бреслав, Иванов, 1990; Агаджанян с соавт., 1989, 2001; Woodson, 1983). Однако, при снижении РСЬ в альвеолярном воздухе и артериальной крови ниже 60 мм рт.ст. оксигенация НЬ к кислороду резко падает, что ухудшает кислородтранспортные возможности гемоглобина (Дударев, 1983; Иванов, 1991). Важной адаптивной реакцией в этих условиях является изменение сродства НЬ к СЬ . Показано, что оптимум адаптации к дефициту Ог наблюдается при сдвиге кривой диссоциации НЬ к СЬ в верхней инфлексии влево, а в нижней - вправо (Чарный, 1961; Войткевич, 1973; Балыкин, 2003), что обеспечивает высокое насыщение гемоглобина кислородом в легких и облегчает его отдачу на периферии. Важной адаптивной реакцией на высотную гипоксию является так называемая централизация кровообращения, в результате которой увеличивается приток крови к жизненно важным органам (мозг, печень, сердце), а кровоснабжение менее чувствительных для кислорода органов уменьшается (кожа и подкожная клетчатка, конечности и пищеварительная система) (Норбеков с соавт., 1996). Одним из общих патологических механизмов при гипоксии, обуславливающих гибель клетки, является активация перекисного окисления липидов (ПОЛ). Повреждение внутриклеточного содержания свободных радикалов приводит к повреждению ДНК и органелл (Меерсон, 1991; Ибрагимова, с соавт., 1997; Филипченко, 2008; Джанкулдукова, 2009; Allen, et all 1989; Kuppusamy, et all 1994; Majno, et all 1995). При оценке тканевых (органных) особенностей кислородного обеспечения было показано, что "разгрузка" гемоглобина при гипоксии была наибольшей в органах с высоким метаболизмом (сердце, головной мозг, печень), при сравнительно низкой деоксигенации гемоглобина в почках и органах желудочно-кишечного тракта (Балыкин, 1994). При этом было установлено, что кровоснабжение и кислородное обеспечение сердца при гипоксии осуществляется с участием двух механизмов: увеличение объемной скорости кровотока, с увеличением перфузии миокарда и по пути повышения утюгазации кислорода из крови, что в совокупности обеспечивает высокий уровень потребления кислорода, в соответствии с высокой насосной функцией сердца (Балыкин с соавт., 1996-2002). Не смотря на компенсаторно-приспособительные реакции внешнего дыхания и крови, артериальная гипоксемия является предпосылкой для возникновении тканевой гипоксии во всех органах включая сердце (Шидаков с соавт., 2001; Куприянов, 2008; Lyabakh, 2006). В результате в органах и тканях увеличивается содержание молочной кислоты, которая, поступая в кровь, приводит к нарушениям кислотно-основного гомеостаза (Филиппов, Миняйленко, 1980; Балыкин, 1981, 2001; Куприянов, 2007). Изменения кислотно - основного состояния крови носят фазовый характер. При острой гипоксии возможно увеличение лактата и возникновение метаболического ацидоза. По мере адаптации отмечается увеличение рН, снижение РС02, ВВ и BE (Бреслав, Иванов, 1990; Куприянов, 2007), с нормализацией рН спустя 10-12 дней пребывания в высокогорье, что может иметь место при сохраняющейся артериальной гипоксемии (Мешалкин, Власов, Окунева, 1982; Мамбенталиев, Ботомбекова, 1985; Бреслав, Иванов, 1990; Балыкин, 1993). Нормализация рН крови по мере адаптации к гипоксии связана с компенсаторными реакциями внешнего дыхания (гипервентиляция) (Prabhakar, 2002; Aleksandrova, 2005; Cogo, 2005) и действием буферных систем крови, что в совокупности приводит к возникновению респираторного алкалоза, компенсирующего метаболические формы ацидоза (Касымов с соавт., 2000; Балыкин, 2003, 2009). Важным механизмом компенсации артериальной гипоксемии является увеличение кислородной емкости крови. Уже в первые дни адаптации к гипоксии у человека и животных происходит увеличение выхода крови из депо и гемоконцентрация, что приводит к эритроцитозу и увеличению концентрации гемоглобина (Marzatiсо, 1986; Klausen et all, 1991; Grunge et all, 1994; Skolnik, 1999). Повышается концентрация миоглобина в мышцах, включая сердечную, и улучшается кислородное обеспечение тканей (Terrados et all, 1988, 1992; Черешнев с соавт., 2004). По мере увеличения продолжительности действия гипоксии стимулируется гемопоэз (Великий, 1990), который сопровождается адаптационной полицитемией и микроцитозом (Барбашова, 1960; Миррахимов, 1970).
Газы и кислотно-основное состояние крови у крыс на разных этапах адаптации к прерывистой гипобарической гипоксии
Известно, что газовый состав артериальной крови служит "маркером" гипобарической (гипоксической) гипоксии, который отражает не только степень снижения Р02 во вдыхаемом воздухе, но и характеризует их возможности компенсации метаболических сдвигов КОС, возникающих при дефиците 02 (Рут, 1978; Балыкин с соавт., 1994). Уровень напряжения 02 в артериальной крови служит предпосылкой для снижения Р02 в тканевых капиллярах и является триггером, запускающим совокупность приспособительных реакций газотранспортных систем, направленных на компенсацию дефицита 02 в органах и тканях (Колчинская/ 1991; Балыкин, 1988,2009).
Результаты исследования показали, что после действия однократной прерывистой гипобарической нагрузки установлено (рис.3.1.1), что напряжение кислорода в артериальной крови резко снижается на 45% (р 0,05), по сравнению с контрольными данными, достигая величины близкой к критическому уровню, ниже которого падает потребление 02 тканями (Иванов, 1991) и сопровождаясь снижением насыщения гемоглобина кислородом (Бреслав с соавт., 1981, 1994; Великий с соавт., 1990).
При этом оксигенация крови снижается на 24,7% (р 0,05), по сравнению с показателями в контроле. Эти изменения свидетельствуют о выраженной артериальной гипоксемии, создающей предпосылки для возникновения гипоксии во всех органах и тканях, наличие которой подтверждается выраженной гипоксемией и метаболическим ацидозом в смешанной венозной крови (Балыкин с соавт., 2009). Наряду с выраженной гипоксемией после первого сеанса прерывистой гипобарической гипоксии (ПГГ) в артериальной крови снижается рНа на 0,08 (р 0,001), что на фоне дефицита буферных оснований и неизменного РаС02 свидетельствует о сдвиге активной реакции крови в сторону метаболического ацидоза.
Результаты исследования показали, что в период между гипоксическими воздействиями во время первого и последующих сеансов пребывания животных в условиях нормоксии, происходит восстановление газового состава и кислотно-основного гомеостаза, то есть каждое из пяти гипоксических воздействий во время сеанса начинается на фоне восстановления кислородного режима и кислотно-основного гомеостаза крови.
Результаты исследования показали, что после недельного цикла гипоксической тренировки динамика показателей газового состава и КОС артериальной крови практически не отличаются от данных в первый день эксперимента. Так, зарегистрировано дальнейшее снижение напряжения кислорода в артериальной крови на 48% (р 0,05) по сравнению с контролем. При этом зафиксировано снижение насыщения гемоглобина кислородом в артериальной крови на 30% (р 0,05). Содержание Оо в артериальной крови увеличивается на 5,4% (р 0,05).
Напряжение углекислого газа в артериальной крови имеет тенденцию к увеличению на 5,5% (р 0,05) по сравнению с показателями в контроле. Наряду с этим отмечается снижение суммы буферных оснований в артериальной крови до -6,5 ммоль/л (р 0,05). Таким образом, сеансы прерывистой гипобарической гипоксии в первые семь суток эксперимента сопровождаются выраженной артериальной гипоксемией и сдвигами активной реакции крови в сторону метаболического ацидоза. На 15-е сутки воздействия прерывистой гипобарической гипоксии напряжение СЬ в артериальной крови повышается по сравнению с предыдущим сроком тренировок на 12% (р 0,05), однако при сравнении с однократным действием гипобарической гипоксии эти значения различий не имеют. Насыщение гемоглобина кислородом увеличивается по сравнению с данными в контроле на 24,9% (р 0,05). При оценке показателей рН артериальной крови установлен сдвиг активной реакции крови в сторону респираторного алкалоза. Подтверждением этого является повышение рНа по сравнению с предыдущим сроком исследования на 0,09, что выше данных в контрольной группе на 0,05 (р 0,05) при выраженном снижении суммы, буферных оснований в артериальной крови (р 0,05). На 30-е сутки эксперимента в артериальной крови сохраняется выраженная гипоксемия, которая обусловлена снижением РаСЬ на 39,6% по сравнению с результатами в контрольной группе (р 0,05). При этом Sa02 снижено по сравнению с результатами в контрольной группе на 19,4% (р 0,05), а Са02 повышено на 13,5% по сравнению с контролем (р 0,05). Активная реакция крови смещена в сторону компенсированного респираторного алкалоза, о чем свидетельствует повышение рН, как и в предыдущем сроке экспериментального исследования. При этом вариации РаССЬ незначительны. Сумма буферных оснований достоверно снижена по сравнению с контролем и составляет -4,2 (р 0,05). Таким образом, результаты исследования свидетельствуют, что действие ПГТ сопровождается выраженным снижением напряжения и насыщения артериальной крови кислородом, независимо от длительности экспериментального воздействия. Изменение РаССЬ и рНа имеют фазовый характер: в ранние сроки адаптации к ПГТ (1-7 сутки) отмечаются незначительные вариации РаССЬ и сдвиг активной реакции крови в сторону компенсированного метаболического ацидоза, о чем свидетельствует снижение рНа и ВВа. По мере увеличения сроков гипоксической тренировки (15-30 сутки) на фоне выраженной гипоксемии и умеренной гипокапнии, дефицита буферных оснований, отмечается увеличение рНа, что указывает на сдвиг активной реакции крови в сторону компенсированного респираторного алкалоза.
Морфофункциональные изменения в различных отделах сердца при адаптации к физическим нагрузкам
Известно, что при физических нагрузках насосная функция сердца увеличивается в зависимости от интенсивности и объёма выполняемой работы. При этом увеличиваются метаболические процессы в миокарде, что сопровождается рабочей гиперемией органа, при соответствующих изменениях микроциркуляторного русла (Пинчун, 1980; Сисакян, 1980; Карпман, 1994; Силкин, 1999; Илюхина, 2000; Затолокина, 2009; Куприянов, 2009 и др.).
При этом характер мышечной деятельности во многом определяет и уровень функциональной нагрузки на различные отделы сердца, связанные с особенностями дыхания, формой и режимами мышечных сокращений (статическая и динамическая нагрузка) и т.д. (Каркобатов, 1991; Ванюшин, 1997; Волков, 2002 и др.).
В соответствии с задачами исследования были изучены сосудистые и тканевые изменения в различных отделах миокарда крыс при адаптации к динамической (плавательной) нагрузке, при которой животные подвергались на протяжении месяца (24 тренировки). Результаты исследования показали, что продолжительность однократной тренировки в первый день эксперимента составила в среднем 90-120 минут. Было установлено, что после однократного сеанса реактивность артериальных, обменных и венозных микрососудов повышается во всех отделах миокарда, однако при этом прослеживаются внутриорганные количественные различия реакций в миокарде левого, правого желудочков и межжелудочковой перегородки.
После однократной физической нагрузки в артериальном звене сосудов микрогемоциркуляции левого желудочка сердца на фоне резко возросшего запроса кислорода сердечной мышцей отмечено увеличение внутреннего диаметра артериол на 27,3% по сравнению с данными в контроле (р 0,05).
При этом отмечено увеличение толщины сосудистой стенки в 1,8 раза (р 0,05). При визуальном рассмотрении препаратов стенки артериальных микрососудов просветлены, разрыхлены с признаками плазматического пропитывания, отмечается расширение паравазальных и интерстициальных пространств. Увеличивается площадь поперечного сечения артериол на 62% (р 0,05) по сравнению с данными в покое. Индекс Керногана достоверно увеличен в 1,4 раза (р 0,05). Эти данные свидетельствуют о выраженной реактивности, гиперемии миокарда, сопровождающейся вазодилатациеи артериальных микрососудов. Реактивное расширение приносящих сосудов сопровождается достоверным увеличением диаметра капилляров на 59% (р 0,05), их количества на 38% (р 0,05). В соответствии с этими изменениями суммарная площадь капилляров достоверно увеличивается в 3,5 раза (р 0,05).
При этом снижается радиус диффузии для кислорода на 15% (р 0,05), поверхностный показатель достоверно увеличивается на 82% (р 0,05), что способствует улучшению диффузии кислорода к волокнам в условиях высокой сократительной активности сердца. Соотношение числа капилляров к числу кардиомиоцитов возрастает на 42% (р 0,05) и превышает 1 (табл. 3.4.1.).
Результаты исследования показали, что при высокой перфузии приносящих и обменных сосудов микрогемоциркуляции достоверно увеличиваются просвет венозных микрососудов на 31% (р 0,05) и площадь их поперечного сечения венул на 71% (р 0,05), что характеризует увеличение оттока венозной крови.
Оценивая данные морфометрии миокарда левого желудочка в первые сутки тренировки (табл. 3.4.1.), отмечено снижение количества кардиомиоцитов в стандартном поле зрения на 2%, при увеличении их диаметров на 24% (р 0,05) по сравнению с контрольными данными. На гистологических препаратах прослеживается просветление волокон, выраженное увеличение паравазальных и интерстициальных пространств в результате изменения сосудистой проницаемости, которое связано, по-видимому, с изменениями осмотического и онкотического давления в ткани. Наряду с изменениями сосудистой проницаемости в миокарде появляются диффузные очажки диапедеза форменных элементов (рис.7.). Описанные признаки характеризуют реактивные изменения левого желудочка, сопряженные с высокой функциональной активностью миокарда, реактивной гиперемией, развивающейся на фоне артериальной гипоксемии и компенсированного ацидоза в артериальной крови.
Миокард левого желудочка сердца белых крыс после однократной физической нагрузки. Инъекция черной тушью с докраской гематоксилин-эозином. Увеличение х400.
Динамика изменений показателей в правом желудочке сердца (табл. 3.4.2.) несколько отличаются от таковых в ЛЖ. При изучении реакций артериальных микрососудов установлено достоверное увеличение внутреннего диаметра артериол на 18% (р 0,05), наружного диаметра 5% (р 0,05) по сравнению с данными в контроле. При этом толщина сосудистой стенки уменьшается на 32% (р 0,05), индекс Керногана увеличивается на 42%о по сравнению с данными в контрольной группе животных (р 0,05). При анализе показателей капиллярного русла отмечается увеличение диаметра на 39% (р 0,05), их количества на 34% (р 0,05) по сравнению с показателями в контроле.
